PANAS DAN PERPINDAHAN PANAS
KALORDIDEFINISIKAN SEBAGAI SESUATU YANG DIPINDAHKAN DIANTARA SEBUAH SISTEM DAN LINGKUNGANNYA SEBAGAI AKIBAT ADANYA PERBEDAAN TEMPERATUR. SATUAN KALOR ADALAH KALORI. SATU KALORI ADALAH BANYAKNYA KALOR YANG DIBUTUHKAN UNTUK MENAIKKAN TEMPERATUR 1 GRAM AIR DARI 14,50 C SAMPAI 1 15,50 C.
KAPASITAS KALOR : KALOR YANG DIBUTUHKAN UNTUK MENAIKKAN
TEMPERATUR BENDA TERGANTUNG PADA MASSA DAN JENIS BENDA.
SEDANG PERBANDINGAN ANTARA BANYAKNYA KALOR ∆Q YANG DIBUTUHKAN OLEH BENDA UNTUK MENAIKKAN TEMPERATURNYA SEBESAR ∆T
C = ∆Q /∆TKapasitas kalor persatuan massa disebut
kalor jenis c = kapasitas kalor/massa = C/m
Kapasitas kalor molar adalah kapasitas kalor per mol .c’ = C/n
Dari definisi di atas maka kalor yang dibutuhkan oleh benda bermassa m yang kapasitas kalor C untuk mengubah temperaturnya dari T1 dan T2 adalah :
Q = ∆C.∆T = m c ∆T Q = ∆C.∆T = m c’ ∆T
AZAZ BLACK :KALOR YANG DILEPAS SAMA DENGAN KALOR YANG DITERIMA DALAM SUATU SISTEM
CONTOH SOAL
Satu kg es(1000g) bersuhu -20o C dipanaskan hingga menjadi uap air yang suhunya 120o C . Berapa kalori yang diperlukan untuk pemanasan ini, bila diketahui :kalor jenis es = 0,5 kalori/gram.Kkalor jenis air = 1 kalori/gram.Kkalor jenis uap air = 0,24 kalori/gram.Kkalor peleburan es = 80 kalori/gramkalor penguapan = 540 kalori/gramtitik lebur es = 0o C .titik didih air = 100o C .
suhu (o C)120 Uap
V100 IV uap
air
III
II air 0 I es
-20
Q1 Q2 Q3 Q4 Q5
Tahap I , untuk menaikkan suhu es -20oC menjadi 0 oC diperlukan kalor:Q1 = m C ∆tQ1 = 1000.0,5.20 = 10.000
TAHAP II, untuk meleburkan es 0 oC menjadi air 0 oC diperlukan kalor:Q2 = m .L leburQ2 = 1000.80 = 80.000
TAHAP III, untuk menaikkan suhu air 0 oC menjadi 100 oC diperlukan kalor:
Q3 = m. C ∆tQ3 = 1000.1.100 = 100.000
TAHAP IV, untuk menguapkan air 100 oC menjadi 100 oC diperlukan kalor:Q4 = m.L uapQ4 = 1000.540= 540.000
TAHAP V, untuk menaikkan suhu uap 100 oC menjadi uap 120 oC diperlukan kalor:Q5 = m C ∆tQ5 = 1000.0,24.20 =4800
Q seluruhnya := Q1 +Q2 +Q3 + Q4 +Q5= 10.000+80000+100000+540000+4800= 734.800
Jadi, banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 kg es -20 oC menjadi uap air 120 oC = 734.800 kalori
PERPINDAHAN PANAS
DAPAT TERJADI MELALUI TIGA CARA YAITU :
1. KONDUKSI2. KONVEKSI3. RADIASI
KONDUKSI
perpindahan kalor melalui zat perantara, tetapi zat perantara tersebut tidak ikut berpindah atau bergerak. Contoh perpindahan kalor secara konduksi adalah pada kegiatan perpindahan panas dengan perantara yang bersifat konduktor, Contoh perpindahan kalor secara konduksi antara lain :a. Sendok akan terasa panas ketika kita mengaduk teh manis yang baru diseduh.b. Ujung logam yang dibakar ketika kita pegang pada ujung yang lainnya akan terasa panas jugac. Blueband akan meleleh ketika ketika di panaskan pada wajan.
• Bagaimanakah proses perpindahan kalor secara konduksi? Dalam konduksi yang berpindah hanyalah energi saja yaitu berupa panas. Saat kita mengaduk teh panas dengan sendok, maka lama kelamaan tangan kita terasa panas dari ujung sendok yang kita pegang. Atau saat kita membuat kue menggunakan wadah berupa aluminium yang disimpan di oven juga termasuk proses konduksi yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari
, BAHAN DIGOLONGKAN MENJADI:1. PENGHANTAR PANAS (KONDUKTOR) YANG BAIK
UMUMNYA BENDA YANG MERUPAKAN PENGHANTAR LISTRIK YANG BAIK MERUPAKAN PENGHANTAR PANAS YANG BAIK PULAMISALNYA : LOGAM, DALAM LOGAM TERDAPAT BANYAK ELEKTRON-ELEKTRON BEBAS ATAU MOLEKUL YANG MEMEGANG PERANAN PENTING DALAM PENGHANTARAN ENERGI PANAS DARI BAGIAN LOGAM BERTEMPERATUR TINGGI KE BAGIAN LOGAM BERTEMPERATUR RENDAH.
2. PENGHANTAR TEMPERATUR YANG BURUK, ADALAH BAHAN YANG KEMAMPUAN MENGHANTARKAN PANASNYA LEBIH RENDAH DARI JENISNYA HAL INI DISEBABKAN OLEH GERAKAN (VIBRASI) ATOM-ATOM ATAU MOLEKUL-MOLEKULNYA
MISALNYA : GELAS, PLASTIK, KAYU DLL
3.ISOLATOR PANAS : BAHAN YANG KECIL SEKALI KEMAMPUANNYA UNTUK MENGHANTARKAN PANAS KARENA UMUMNYA BAHAN INI BERPORI DAN MEMPUNYAI RAPAT MASSA YANG RENDAH
MISALNYA : WOOL, MINERAL, GABUS DLL.
PERPINDAHAN PANAS SECARA KONDUKSI YANG DIBICARAKAN DISINI TERBATAS PADA KONDISI STEADY (MANTAP). MISALNYA SEBUAH LEMPENG BAHAN YANG LUAS PENAMPANGNYA A DAN TEBALNYA ∆X . KEDUA PERMUKAANNYA MEMPUNYAI TEMPERATUR YANG BERBEDA. PANAS ∆Q YANG MENGALIR DALAM ARAH TEGAK LURUS DIUKUR DALAM WAKTU ∆T.DARI HASIL PERCOBAAN MENUNJUKKAN BAHWA PANAS ∆Q SEBANDING DENGAN ∆T DAN SEBANDING DENGAN LUAS PENAMPANG A UNTUK BEDA TEMPERATUR ∆T. PANAS ∆Q SEBANDING DENGAN DENGAN ∆T/ ∆X SECARA MATEMATIS SEBAGAI BERIKUT: ∆Q ά A ∆T ∆t ∆ X
• untuk ketebalan lempeng sangat kecil dx, dan perbedaan tenperatur dt, hukum hantaran panas h sebesar :h = - ka dtdx
h adalah arus panas yaitu banyaknya panas yang melalui bidang penampang A tiap satuan waktu. Satuan H joule/det atau kalori/detik
dtdx disebut gradien temperatur dan K
adalah konduktivitas. Gambar di atas terlihat batang dengan panjang L dan luas penampang A, ujung batang bertemperatur T1 dan T2. batang dibalut dengan isolator dan dalam keadaan steady sehingga arus panas disemua penampang sama, dengan persamaan sebagai berikut:
H dX = - KA dT L T2 ∫ H dX = ∫ KA dT 0 T1
H = - KA (T1 –T2) = KA (T1 – T2) L L
Pada dinding berlapis
Pada gambar diatas dimana dinding luas penampang L1 dan L2 dan konduktivitas K1 dan K2 jika T2>T1 maka panas akan mengalir dari T2 ke T1.Misalkan batas dua dinding temperatur TX, maka arus panas pada masing-masing dinding adalah ;H2 = K2A (T2 –T1)
L2
H1 = K1A (Tx –T1) L
maka ;T2 –Tx + Tx –T1 = H2L2 + H1L1
K2A K1APada keadaan steady maka H2 = H1 =H
T2 – T1 = H L2 + L1 A K2 K1
Atau ; H = A (T2 – T1)
L2 + L1 K2 K1
untuk n lapis ;H = A (T2 – T1)
n Li ∑ Kii=1
Soal ;Batang tembaga panjangnya 60 cm, sedang batang kayu penampangnya sama dengan penampang tembaga , tetapi panjangnya 25 cm. Jika diketahui konduktivitas tembaga 386,4 J/det.m.K dan konnduktivitas termal kayu 0,10 J/det.m.K, ujung tembaga suhunya 1000 K sedang ujung kayu 303K tentukan :
a. Suhu pada sambunganb. Arus panasnya
Jawab ;a. tembaga kayu
T1 = 1000 K Tx T2 303 K
Setarakan satuan ;60 cm = 0,6 m3 cm2 = 3.10-4 m225 cm = 0,25 m
Arus panas yang mengalir pada batang tembaga :H1 = K1. A (T1 - Tx )
L1= 386,4 . 3. 10-4 . (1000 –Tx) = 193,2 – 0,1932Tx
0,6
batang kayu ;H2 = K2. A (Tx - T2 )
L2= 0,1 . 3.10-4 (Tx - 303 )
0,25= 0,00012 .Tx - 0,03636
Dalam kondisi steady maka H1 =H2Sehingga ; 193,2 – 0,1932Tx = 0,00012 .Tx - 0,03636
0,1932Tx = 193,236Tx = 999,565
b. H1 = K1 .A (T1 –Tx)/L1= 386,4 . 3.10-4 (1000-999,565)=0,0504 joule/det
konveksiPerpindahan panas dari suatu tempat ke tempat lain karena bahannya sendiri yang berpindah, hal ini berarti terjadi pada fluida. Bentuk matematisnya sangat rumit karena panas yang masuk dan keluar pada fluida tergantung pada berbagai hal yaitu ;1. bentuk permukaan;
melengkung,horisontal dan vertikal2 jenis fluida; cair atau gas3.karakteristik fluida ;
rapat massa, kekentalan, panas jenis4. kecepatan fluida5.keadaan fluida ; penguapan,
pengembunan
• Konveksi adalah proses perpindahan kalor dengan disertainya perpindahan partikel. Konveksi ini terjadi umumnya pada zat fluid (zat yang mengalir) seperti air dan udara. Konveksi dapat terjadi secara alami ataupun dipaksa.
Konveksi alamiah misalnya saat memasak air terjadi gelembung udara hingga mendidih dan menguap. Sedangkan konveksi terpaksa contohnya hair dryer yang memaksa udara panas keluar yang diproses melalui alat tersebut.
Dalam praktek peristiwa konveksi ini digunakan rumus :H = h A ∆ T
h = koefisien konveksi
• Bagaimanakah proses terjadinya konveksi saat memasak air? Air merupakan zatcair yang terdiri dari partikel-partikel penyusun air. Saat memasak air dalam panci, api memberikan energi kepada panci dalam hal ini termasuk proses konduksi.
Kemudian panas yang diperoleh panci kemudian dialirkan pada air. partikel air paling bawah yang pertama kali terkena panas kemudian lama kelamaan akan memiliki massa jenis yang lebih kecil karena sebagian berubah menjadi uap air.
• Sehingga saat massa jenisnya lebih kecil partikel tersebut akan berpindah posisi naik ke permukaan. Air yang masih diatas permukaan kemudian turun ke bawah menggantikan posisi partikel yang tadi. begitulah seterusnya hingga mendidih dan menguap seperti tampak pada gambar di bawah ini:
RadiasiAdalah pancaran energi secara terus menerus dari permukaan suatu benda. Energi ini disebut juga energi radian yang dipancarkan dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Laju pancaran energi permukaan sebanding dengan temperatur mutlak pangkat empat yang dinyatakan dalam hukum StefanR = e σ T4
R = laju pancaran energi per satuan luas permukaan dalam J/s m2 atau W/m2
σ = konstanta bolzman =5,6696.10-8 W/m2 K4
e = emisivitas permukaan yang berharga 0< e < 1
• Bagaimanakah proses radiasinya? matahari adalah sumber cahaya di bumi, sinarnya masuk ke bumi melewati filter yang disebut atmosfer, sehingga cahaya yang masuk ke bumi adalah cahaya yang tidak berbahaya. Cahaya yang masuk ke bumi melalui lapisan atmosfer itu dikenal dengan gelombang elektromagnetik yang terbagi ke dalam gelombang pendek dan gelombang panjang. Seperti Radio, TV, Radar, Inframerah, Cahaya Tampak, Ultraviolet, Sinar X dan Sinar Gamma.
Sebuah lampu berbentuk bola dengan jari-jari 15 cm bersuhu 627 oC diletakkan pada suatu ruangan laboratorium percobaan yang bersuhu 27 oC. Jika diketahui emisivitas bola lampu = 0,35 dan tetapan boltzman 5,6696.10-8 W/m2 K4 maka tentukanlah ;a. laju pancaran energi lampu persatuan luasb. daya radiasi atau pancarannya
Jawab :Suhu dalam satuan celcius diubah dalam satuan kelvin
T1 = 627 oC = 627 +273 K = 900 Kt2 = 27 oC = 27 + 273 K = 300 K
a. Rumus = R = e σ (T14 – T24)
= 0,35. 5,6696.10-8.(9004-3004)
= 1,286 .104 watt/m2
b. Rumus W = A.R = ¶ r2 R= 3,14.(0,152) . 1,286 .104
= 908,559 watt
Contoh soal perpindahan panas secara konduksi
Batang logam A dan batang logam B mempunyai luas penampang yang sama, salah satu ujung batang A dan batang B dihubungkan rapat-rapat. Suhu ujung batang A dan B yang bebas dijaga konstan dengan suhu masing-masing T1 dan T2 dimana T1 > T2 . Jika koefisien konduksi panas A dan B masing-masing K dan ½ K dan panas terkonduksi dalam keadaan steady satu dimensi maka tentukan temperatur pada suatu titik yang berjarak 1/4 L dari ujung B yang bebas L panjang batang B.
A B L/4
T1 k 1 ½ L T2
P Q S R
Dari P ke Q :H = kA T1 - TQ
LDari Q ke R :
H = ½ kA TQ – T2 L
Dalam keadaan steady H = kA T1 - TQ H = kA ½ kA TQ – T2
L L
kA T1 – TQ = ½ kA TQ – T2 L L
TQ = 2 T1 + 3T25
Dari Q ke SH = ½ kA TQ – Ts
3/4 LDari S ke R
H = ½ kA Ts – T2 1/4 LKarena persamaan 4=5
TQ – Ts = Ts – T2 ¾ ¼Ts = TQ + 3T2
4Subsitutusikan TQ ke Ts maka TS = T1 + 9T2
10
Top Related